JP2023523357A - Multi-fiber light guide, device with multi-fiber light guide, and manufacturing method thereof - Google Patents

Multi-fiber light guide, device with multi-fiber light guide, and manufacturing method thereof Download PDF

Info

Publication number
JP2023523357A
JP2023523357A JP2022565941A JP2022565941A JP2023523357A JP 2023523357 A JP2023523357 A JP 2023523357A JP 2022565941 A JP2022565941 A JP 2022565941A JP 2022565941 A JP2022565941 A JP 2022565941A JP 2023523357 A JP2023523357 A JP 2023523357A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
glass
light guide
core
fiber
fiber light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2022565941A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
キアト チャイ ウィー
ヘットラー ローベアト
ヴァイスフーン ユリア
フィリップ シュタイクレーダー ヤン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schott AG
Original Assignee
Schott AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schott AG filed Critical Schott AG
Publication of JP2023523357A publication Critical patent/JP2023523357A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/04Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings formed by bundles of fibres
    • G02B6/06Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings formed by bundles of fibres the relative position of the fibres being the same at both ends, e.g. for transporting images
    • G02B6/08Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings formed by bundles of fibres the relative position of the fibres being the same at both ends, e.g. for transporting images with fibre bundle in form of plate
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/02Optical fibres with cladding with or without a coating
    • G02B6/02395Glass optical fibre with a protective coating, e.g. two layer polymer coating deposited directly on a silica cladding surface during fibre manufacture
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/02Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
    • A61B5/024Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate
    • A61B5/02416Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate using photoplethysmograph signals, e.g. generated by infrared radiation
    • A61B5/02427Details of sensor
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/02Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
    • A61B5/024Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate
    • A61B5/02438Detecting, measuring or recording pulse rate or heart rate with portable devices, e.g. worn by the patient
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/012Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
    • C03B37/01205Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments starting from tubes, rods, fibres or filaments
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/012Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments
    • C03B37/01205Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments starting from tubes, rods, fibres or filaments
    • C03B37/01211Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments starting from tubes, rods, fibres or filaments by inserting one or more rods or tubes into a tube
    • C03B37/01214Manufacture of preforms for drawing fibres or filaments starting from tubes, rods, fibres or filaments by inserting one or more rods or tubes into a tube for making preforms of multifibres, fibre bundles other than multiple core preforms
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B37/00Manufacture or treatment of flakes, fibres, or filaments from softened glass, minerals, or slags
    • C03B37/01Manufacture of glass fibres or filaments
    • C03B37/02Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor
    • C03B37/025Manufacture of glass fibres or filaments by drawing or extruding, e.g. direct drawing of molten glass from nozzles; Cooling fins therefor from reheated softened tubes, rods, fibres or filaments, e.g. drawing fibres from preforms
    • C03B37/027Fibres composed of different sorts of glass, e.g. glass optical fibres
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C13/00Fibre or filament compositions
    • C03C13/04Fibre optics, e.g. core and clad fibre compositions
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C21/00Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface
    • C03C21/001Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in liquid phase, e.g. molten salts, solutions
    • C03C21/002Treatment of glass, not in the form of fibres or filaments, by diffusing ions or metals in the surface in liquid phase, e.g. molten salts, solutions to perform ion-exchange between alkali ions
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C25/00Surface treatment of fibres or filaments made from glass, minerals or slags
    • C03C25/60Surface treatment of fibres or filaments made from glass, minerals or slags by diffusing ions or metals into the surface
    • C03C25/601Surface treatment of fibres or filaments made from glass, minerals or slags by diffusing ions or metals into the surface in the liquid phase, e.g. using solutions or molten salts
    • C03C25/602Surface treatment of fibres or filaments made from glass, minerals or slags by diffusing ions or metals into the surface in the liquid phase, e.g. using solutions or molten salts to perform ion-exchange between alkali ions
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/02Details
    • G01J1/04Optical or mechanical part supplementary adjustable parts
    • G01J1/0407Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings
    • G01J1/0425Optical elements not provided otherwise, e.g. manifolds, windows, holograms, gratings using optical fibers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2201/00Type of glass produced
    • C03B2201/06Doped silica-based glasses
    • C03B2201/30Doped silica-based glasses doped with metals, e.g. Ga, Sn, Sb, Pb or Bi
    • C03B2201/50Doped silica-based glasses doped with metals, e.g. Ga, Sn, Sb, Pb or Bi doped with alkali metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03BMANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
    • C03B2203/00Fibre product details, e.g. structure, shape
    • C03B2203/40Multifibres or fibre bundles, e.g. for making image fibres

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Surface Treatment Of Glass (AREA)
  • Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)
  • Surface Treatment Of Glass Fibres Or Filaments (AREA)
  • Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Manufacture, Treatment Of Glass Fibers (AREA)

Abstract

マルチファイバライトガイド(1)であって、多数の導光ファイバ(3)を含み、各々のファイバ(3)は細長いガラスコア(5)を含み、ここで、前記コア(5)はガラスクラッド(7)によって取り囲まれており、前記クラッド(7)は前記コア(5)と共に堅い連続したガラス部材(9)を形成し、且つ、前記コア(5)は前記クラッド(7)よりも高い屈折率を有して、光が前記ガラスコア(5)に沿った全反射によって導かれることができ、且つ前記マルチファイバライトガイド(1)のガラス部材(9)は2つの突き合わせ面(10、11)を有し、前記コア(5)は両方の突き合わせ面(10、11)で終了しており、光が前記コア(5)に沿って一方の突き合わせ面(10)から他方の突き合わせ面(11)へと導かれることができ、且つ、前記コア(5)のガラスおよび前記クラッド(7)のガラスはアルカリイオンを含有し、且つ、前記ガラスのアルカリイオンは、各々の前記突き合わせ面(10、11)でのイオン交換層(13)内でより大きな原子番号のアルカリイオンによって少なくとも部分的に交換されており、イオン交換層(13)内の交換されたアルカリイオンが前記突き合わせ面(10、11)で圧縮応力を付与する、マルチファイバライトガイド(1)。A multi-fiber light guide (1) comprising a number of light guiding fibers (3), each fiber (3) comprising an elongated glass core (5), wherein said core (5) comprises a glass cladding ( 7), said cladding (7) forming a rigid continuous glass member (9) with said core (5), and said core (5) having a higher refractive index than said cladding (7). so that light can be guided by total internal reflection along the glass core (5), and the glass member (9) of the multi-fiber light guide (1) has two butting surfaces (10, 11) , said core (5) terminating in both abutment surfaces (10, 11) such that light passes along said core (5) from one abutment surface (10) to the other abutment surface (11) and the glass of the core (5) and the glass of the cladding (7) contain alkali ions, and the alkali ions of the glasses are distributed on each of the abutment surfaces (10, 11 ) are at least partially exchanged by higher atomic number alkali ions in the ion exchange layer (13) at the abutment surfaces (10, 11). A multi-fiber light guide (1) that is compressively stressed at .

Description

この開示は一般に、ファイバ光学ライトガイドに関する。具体的には、本開示は多数の融着された導光ファイバを備えたファイバ光学素子に関する。 This disclosure relates generally to fiber optic light guides. Specifically, the present disclosure relates to fiber optics comprising multiple fused optical guiding fibers.

融着された光ファイバで構成されるファイバ光学ライトガイドの1つの種類はファイバ光学フェースプレートである。米国特許出願公開第2008/0069505号明細書(US2008/0069505 A1)は、ピクセルから離れて載置されたファイバ光学フェースプレートで覆われたピクセルディスプレイを開示している。さらに、米国特許出願公開第2006/0008220号明細書(US2006/0008220 A1)は、ファイバフェースプレートを使用した光学ローパスフィルタを記載している。 One type of fiber optic light guide composed of fused optical fibers is a fiber optic faceplate. US Patent Application Publication No. 2008/0069505 (US2008/0069505 A1) discloses a pixelated display covered with a fiber optic faceplate mounted away from the pixels. Further, US2006/0008220 A1 describes an optical low-pass filter using a fiber faceplate.

ディスプレイの前面で使用されるファイバ光学プレートは、視野角を増加または減少させるか、または一般に像面をディスプレイに対してシフトさせるために役立つことができる。フェースプレートにおいて個々のファイバは、ファイバの長手方向がフェースプレートの面に対して横切って一緒に融着される。ファイバはフェースプレートの面に対して垂直方向に一緒に融着されるので、融着領域はプレートを通して横切って延在する弱い区域をもたらすことがある。さらに、ファイバ光学ライトガイド用のガラスは、その光学特性ゆえに選択される。従って、適したガラスは、機械的な安定性に関して必ずしも最も強いガラスであるとは限らない。従って、堅いマルチファイバライトガイドは、機械的応力で、特に衝撃またはショックによって破壊しやすい。 A fiber optic plate used in front of the display can serve to increase or decrease the viewing angle, or generally shift the image plane with respect to the display. At the faceplate the individual fibers are fused together with the longitudinal direction of the fibers transverse to the plane of the faceplate. Because the fibers are fused together perpendicular to the plane of the faceplate, the fused regions can result in areas of weakness extending transversely through the plate. Furthermore, glasses for fiber optic light guides are chosen for their optical properties. A suitable glass is therefore not necessarily the strongest glass in terms of mechanical stability. Therefore, rigid multi-fiber light guides are prone to breakage under mechanical stress, especially impact or shock.

米国特許出願公開第2008/0069505号明細書U.S. Patent Application Publication No. 2008/0069505 米国特許出願公開第2006/0008220号明細書U.S. Patent Application Publication No. 2006/0008220

従って、この開示の課題は、破壊を回避するために改善された機械的安定性を有するマルチファイバライトガイドを提供することである。前記課題は、独立請求項の主題によって解決される。従属請求項は有利な改良態様を定義する。 It is therefore an object of this disclosure to provide a multi-fiber light guide with improved mechanical stability to avoid breakage. Said problem is solved by the subject matter of the independent claims. The dependent claims define advantageous refinements.

従って、この開示は、多数の導光ファイバを含み、各々のファイバが細長いガラスコアを含む、マルチファイバライトガイドを提供する。コアはガラスクラッドによって取り囲まれるので、クラッドはコアと共に堅い連続したガラス部材を形成する。コアはクラッドよりも高い屈折率を有するので、光はガラスコアに沿って全反射によって導かれ得る。マルチファイバライトガイドのガラス部材(9)は2つの突き合わせ面を有し、コアは両方の突き合わせ面で終了するので、光はコアに沿って一方の突き合わせ面から他方へと導かれ得る。さらに、コアのガラスおよびクラッドのガラスはアルカリイオンを含有する。ガラスのアルカリイオンは、各々の突き合わせ面でのイオン交換層内で少なくとも部分的に、より高い原子番号のアルカリイオンと交換される。このように、イオン交換層内で交換されたアルカリイオンは、突き合わせ面で圧縮応力を付与する。従って、化学強化された突き合わせ面を有するマルチファイバライトガイドが提供される。意外なことに、コアのガラスおよびクラッドのガラスがそれらの化学組成において異なるにもかかわらず、圧縮応力を有する連続層が突き合わせ面で形成され得ることが判明した。 Accordingly, this disclosure provides a multi-fiber light guide that includes multiple light guiding fibers, each fiber including an elongated glass core. The core is surrounded by a glass cladding so that the cladding forms a rigid continuous glass member with the core. Since the core has a higher refractive index than the cladding, light can be guided along the glass core by total internal reflection. The glass member (9) of the multi-fiber light guide has two mating surfaces and the core terminates on both mating surfaces so that light can be guided along the core from one mating surface to the other. In addition, the core glass and the cladding glass contain alkali ions. The alkali ions of the glass are at least partially exchanged with higher atomic number alkali ions in the ion exchange layers at each abutment surface. Alkali ions thus exchanged within the ion exchange layer impart compressive stress at the abutment surfaces. Accordingly, a multi-fiber light guide with chemically strengthened butting surfaces is provided. Surprisingly, it has been found that a continuous layer with compressive stress can be formed at the abutting surfaces even though the core and cladding glasses differ in their chemical composition.

イオン交換層は、コア、クラッド、および/またはコアとクラッドとを取り囲むシェルのガラス中に延在する。有利には、イオン交換層はガラスコア、ガラスクラッドおよび/またはガラスシェルに侵入する。有益には、ガラスコア中のイオン交換層の侵入深さは、ガラスクラッド中のイオン交換層の侵入深さとは異なり、特にそれより小さい。シェルは、マルチファイバライトガイドの外側からの応力に対する、特に横方向の誘導応力に対する追加的な機械的安定性を提供する。 The ion exchange layer extends into the glass of the core, cladding, and/or shell surrounding the core and cladding. Advantageously, the ion exchange layer penetrates into the glass core, glass cladding and/or glass shell. Advantageously, the penetration depth of the ion-exchange layer in the glass core is different, especially smaller, than the penetration depth of the ion-exchange layer in the glass cladding. The shell provides additional mechanical stability against stresses from outside the multi-fiber light guide, especially against laterally induced stresses.

1つの実施態様によれば、マルチファイバライトガイドを形成するガラス部材は、それぞれプレートまたはディスクである。プレート状またはディスク状のガラス部材を有するこの実施態様において、ライトガイドの突き合わせ面は典型的にはガラス部材の最長の横寸法よりも共に接近している。従って、ディスクまたはプレートの厚さは最長の横寸法よりも小さい。ディスクの厚さがファイバの長さを定義するので、同様に、導光ファイバの長さは最長の横寸法よりも短い。この種のマルチファイバライトガイドはフェースプレートと称される。好ましくは、この条件はディスクまたはプレートの最短の横寸法にも保持される。従って、好ましくは、プレートの厚さ、またはファイバまたはコアの長さは、ディスクの最短の横寸法よりも小さい。 According to one embodiment, the glass members forming the multi-fiber light guide are respectively plates or discs. In this embodiment with plate-like or disk-like glass members, the abutting surfaces of the light guides are typically closer together than the longest lateral dimension of the glass members. Therefore, the thickness of the disc or plate is less than its longest lateral dimension. Since the thickness of the disc defines the length of the fiber, the length of the guiding fiber is likewise less than the longest lateral dimension. This kind of multi-fiber light guide is called a faceplate. Preferably, this condition also holds for the shortest lateral dimension of the disc or plate. Therefore, preferably the thickness of the plate, or the length of the fiber or core, is less than the shortest lateral dimension of the disc.

さらなる実施態様によれば、マルチファイバライトガイドは細長い形状を有する。この実施態様において、ファイバの長さはガラス部材の最長の横寸法よりも大きい。 According to a further embodiment, the multi-fiber light guide has an elongated shape. In this embodiment, the fiber length is greater than the longest lateral dimension of the glass member.

前記マルチファイバライトガイド、その製造方法、前記マルチファイバライトガイドを含む素子を以下で詳細に、図面を参照して説明する。 The multi-fiber light guide, its manufacturing method, and the device containing the multi-fiber light guide are described in detail below with reference to the drawings.

図1はマルチファイバライトガイドを断面図で示す。FIG. 1 shows a multi-fiber light guide in cross-section. 図2はマルチファイバライトガイドの突き合わせ面の写真画像を示す。FIG. 2 shows a photographic image of the mating surfaces of the multi-fiber light guide. 図3は光吸収部材を備えたライトガイドの1つの例を示す。FIG. 3 shows one example of a light guide with light absorbing members. 図4は光吸収部材を備えたライトガイドの1つの例を示す。FIG. 4 shows one example of a light guide with light absorbing members. 図5は周囲のシェルを備えたマルチファイバライトガイドを示す。FIG. 5 shows a multi-fiber light guide with a surrounding shell. 図6は強化されていないライトガイドに比した、化学強化されたライトガイドの透過率のグラフを示す。FIG. 6 shows a graph of the transmittance of a chemically enhanced light guide compared to an unenhanced light guide. 図7はマルチファイバライトガイドを備えたセンサ構造体(arrangement)を示す。FIG. 7 shows a sensor arrangement with a multi-fiber light guide. 図8は歯科用ロッドとして成形されたマルチファイバライトガイドを示す。FIG. 8 shows a multi-fiber light guide shaped as a dental rod. 図9はマルチファイバライトガイドを製造するための方法の段階を示す。FIG. 9 shows the steps of a method for manufacturing a multi-fiber light guide. 図10はマルチファイバライトガイドを製造するための方法の段階を示す。FIG. 10 shows the steps of a method for manufacturing a multi-fiber light guide. 図11はマルチファイバライトガイドを製造するための方法の段階を示す。FIG. 11 shows the steps of a method for manufacturing a multi-fiber light guide. 図12はマルチファイバライトガイドを製造するための方法の段階を示す。FIG. 12 shows the steps of a method for manufacturing a multi-fiber light guide. 図13はガラス部材を備えた組立品を示す。FIG. 13 shows an assembly with glass members.

図1は、ディスクまたはプレートのような形状を有するマルチファイバライトガイド1の例を示す。この実施態様において、幅wまたはその横寸法は、一般にライトガイド1の厚さdまたは長さよりも大きい。 FIG. 1 shows an example of a multi-fiber light guide 1 having a disc or plate like shape. In this embodiment the width w or its lateral dimension is generally greater than the thickness d or length of the light guide 1 .

一般に、ライトガイド1は多数の導光ファイバ3を含む。特定の実施態様に限定されることなく、ファイバ3は、それらの長手方向が一般に互いに並行であるように並んで配置される。ファイバ3はクラッド7中に埋め込まれたコア5を含む。コア5およびクラッド7のガラスが一緒に融着されて、コア5とクラッド7とが連続した堅いガラス部材9を形成する。好ましくは、個々のファイバは微視的なサイズであり、高い空間分解能で光信号を転送することを可能にする。図1に示される特定の例に限定されない1つの実施態様によれば、隣接する導光ファイバ3のピッチまたは中心から中心までの距離cは、2μm~500μm、好ましくは最大200μmである。好ましくは、コア5の間のクラッド7の幅は0.5μmを上回り、好ましくは1μmを上回り、好ましくは1.5μmを上回る。いくつかの場合においては、コア5の間のクラッド7の幅は2μmを上回ることがある。 In general, the light guide 1 contains multiple light guiding fibers 3 . Without being limited to a particular embodiment, the fibers 3 are arranged side by side such that their longitudinal directions are generally parallel to each other. Fiber 3 comprises core 5 embedded in cladding 7 . The core 5 and cladding 7 glasses are fused together to form a solid glass member 9 in which the core 5 and cladding 7 are continuous. Preferably, the individual fibers are of microscopic size, allowing optical signals to be transferred with high spatial resolution. According to one non-limiting embodiment, the pitch or center-to-center distance c of adjacent light guiding fibers 3 is between 2 μm and 500 μm, preferably up to 200 μm. Preferably, the width of the cladding 7 between the cores 5 is above 0.5 μm, preferably above 1 μm, preferably above 1.5 μm. In some cases, the width of the cladding 7 between cores 5 can exceed 2 μm.

導光ファイバ3は、ガラス部材9の両方の対向する突き合わせ面10、11で終了する。このように、ファイバ3が突き合わせ面10、11をつないでいるので、ファイバ3は、突き合わせ面10、11の一方で受け取られた光を導き、それぞれ対向する突き合わせ面11、10で光を放出する。一方では、ガラス部材9またはマルチファイバライトガイド1の直径は、5mmを上回り、好ましくは15mmを上回り、好ましくは25mmを上回り、且つ/または50mm未満、好ましくは40mm未満、好ましくは30mm未満であってよい。他方では、ガラス部材9またはマルチファイバライトガイド1の厚さは、0.3mmを上回り、好ましくは0.6mmを上回り、好ましくは1mmを上回り、且つ/または2mm未満、好ましくは1.6mm未満、好ましくは1.3mm未満であってよい。このように、ガラス部材9またはマルチファイバライトガイド1の直径対厚さの比は、2~170、好ましくは16~25であってよい。そのような寸法は、マルチファイバライトガイド1の広い用途分野、例えば電子機器のカバーガラスを提供すると共に、充分な機械的安定性を確実にする。 The light guiding fiber 3 terminates on both opposing abutment surfaces 10 , 11 of the glass member 9 . Thus, the fiber 3 connects the mating surfaces 10, 11 such that the fiber 3 guides light received at one of the mating surfaces 10, 11 and emits light at the respective opposing mating surfaces 11, 10. . On the one hand the diameter of the glass member 9 or the multi-fiber light guide 1 is greater than 5 mm, preferably greater than 15 mm, preferably greater than 25 mm and/or less than 50 mm, preferably less than 40 mm, preferably less than 30 mm. good. On the other hand, the thickness of the glass member 9 or the multi-fiber light guide 1 is greater than 0.3 mm, preferably greater than 0.6 mm, preferably greater than 1 mm and/or less than 2 mm, preferably less than 1.6 mm, Preferably it may be less than 1.3 mm. Thus, the glass member 9 or multi-fiber light guide 1 may have a diameter-to-thickness ratio of 2-170, preferably 16-25. Such dimensions provide a wide field of application for the multi-fiber light guide 1, eg cover glass for electronics, and ensure sufficient mechanical stability.

コア5とクラッド7との間の界面は突き合わせ面10、11を横切る方向に延在し、弱い区域を構成することがある。マルチファイバライトガイド1の強度、特に弱い区域の強度を改善するために、突き合わせ面10、11をイオン交換工程に供して、突き合わせ面10、11の表面でイオン交換層13を形成する。 The interface between the core 5 and the cladding 7 extends transversely to the abutment surfaces 10, 11 and may constitute weak zones. In order to improve the strength of the multi-fiber light guide 1 , especially in weak areas, the mating surfaces 10 , 11 are subjected to an ion exchange process to form an ion exchange layer 13 on the surfaces of the mating surfaces 10 , 11 .

連続したイオン交換層を達成するために、コア5のガラスとクラッド7のガラスとの両方がアルカリ酸化物を有する組成を有することが好ましい。好ましくはコア5および/またはクラッド7、または場合によりさらにシェル17のガラスの合計のアルカリ含有率、特に合算したアルカリ含有率は、特により小さなイオン半径を有するアルカリイオンの量がより大きなイオン半径を有するアルカリイオンの量を超える場合、3質量%を上回り、好ましくは5質量%を上回る。有益には、より小さなイオン半径を有するアルカリイオンの量の、より大きなイオン半径を有するアルカリイオンの量に対するモル%での比の値は1.5を上回り、好ましくは2を上回り、より好ましくは2.2を上回る。いくつかの場合において、大きなイオン半径を有するアルカリイオンは不在であるか、またはむしろそれらの量は極めて少ない。5%を上回るアルカリ含有率のおかげで、充分且つ特に改善された化学的交換を達成できるので、充分な量の圧縮応力をコア5、クラッド7および/またはシェル17のガラス中に付与できる。理想的には、コア5のガラスはクラッド7のガラスよりも低いアルカリ含有率を有する。このように、コア5および/またはクラッド7中に付与される圧縮応力を、特定の用途および/またはガラス組成について個々に調節できる。 In order to achieve a continuous ion exchange layer, it is preferred that both the core 5 glass and the cladding 7 glass have compositions with alkali oxides. Preferably the total alkali content, especially the combined alkali content, of the glass of the core 5 and/or cladding 7, or optionally also of the shell 17, is such that the amount of alkali ions with smaller ionic radii gives rise to larger ionic radii. If the amount of alkali ions present is more than 3% by weight, preferably more than 5% by weight. Beneficially, the ratio in mol % of the amount of alkali ions with a smaller ionic radius to the amount of alkali ions with a larger ionic radius is above 1.5, preferably above 2, more preferably Exceeds 2.2. In some cases alkali ions with large ionic radii are absent, or rather their amount is very low. Thanks to the alkali content above 5%, a sufficient and in particular improved chemical exchange can be achieved, so that a sufficient amount of compressive stress can be imparted in the glass of the core 5, cladding 7 and/or shell 17. Ideally, the core 5 glass has a lower alkali content than the cladding 7 glass. Thus, the compressive stress imparted in core 5 and/or cladding 7 can be individually adjusted for a particular application and/or glass composition.

イオン交換工程において、ガラスのアルカリイオンは、より大きなイオン半径を有するより重いアルカリイオンによって部分的に交換される。このように、イオンはイオン交換層13内でガラスに圧縮応力を付与する。イオン交換工程によれば、Naイオンがコア5および/またはクラッド7のガラスから拡散により侵出する。典型的には、且つ交換工程にかかる時間に依存して、より大きな原子半径を有するアルカリイオン、主にKイオンがコア5および/またはクラッド7のガラス中に侵入して、イオン交換層13を形成する。コア5および/またはクラッド7のガラス中のより大きな原子半径を有するアルカリイオンの侵入深さは、イオン交換の10時間後に好ましくは2μmを上回り、より好ましくは2.5μmを上回る。イオン交換の20時間後、特に20時間よりも後の侵入深さは、3μm~35μm以上であることができる。表面で充分に高い圧縮応力を作り出し、且つ引き続く研磨段階を可能にできるために、1.5μmを上回る侵入深さが好ましい。コア5中のより大きなアルカリイオンの侵入深さ、ひいてはDoL(イオン交換層の深さ)が、クラッド7のものよりも大きいことが可能であり得る。有益には、コア5中のより大きな原子半径を有するアルカリイオンの侵入深さは、クラッド7中のより大きな原子半径を有するアルカリイオンの侵入深さよりも小さい。好ましくは、コア5およびクラッド7中のより大きな原子半径を有するアルカリイオンの侵入深さの差、またはコアおよびクラッド中のDoLの差はそれぞれ、20または30時間後に2倍~20倍、特にそれは少なくとも10倍である。 In the ion exchange process, the alkali ions of the glass are partially exchanged by heavier alkali ions with larger ionic radii. Thus, the ions impart compressive stress to the glass within the ion exchange layer 13 . According to the ion exchange process, Na ions are leached out of the glass of core 5 and/or cladding 7 by diffusion. Typically, and depending on the time taken for the exchange process, alkali ions with larger atomic radii, mainly K ions, penetrate into the glass of core 5 and/or cladding 7 to form ion-exchange layer 13. Form. The penetration depth of alkali ions with larger atomic radii in the glass of core 5 and/or cladding 7 is preferably above 2 μm, more preferably above 2.5 μm after 10 hours of ion exchange. After 20 hours of ion exchange, in particular after more than 20 hours, the penetration depth can be from 3 μm to 35 μm or more. A penetration depth of more than 1.5 μm is preferred in order to be able to create a sufficiently high compressive stress at the surface and allow a subsequent polishing step. It may be possible that the greater penetration depth of alkali ions in the core 5 and thus the DoL (depth of the ion exchange layer) is greater than that of the cladding 7 . Beneficially, the penetration depth of alkali ions with a larger atomic radius in the core 5 is smaller than the penetration depth of alkali ions with a larger atomic radius in the cladding 7 . Preferably, the difference in penetration depth of alkali ions with larger atomic radii in core 5 and cladding 7 or the difference in DoL in core and cladding, respectively, is between 2 and 20 times after 20 or 30 hours, in particular it is at least ten times.

このように、イオン交換に起因する光学特性における影響、例えばコア5のガラスの応力複屈折は非常に低いか、またはないことすらあるので、コア5の所望の光学特性はイオン交換工程の間およびイオン交換後に保持され得る。圧縮応力と同時に、少なくとも強化された機械的安定性をクラッドに付与できる。このように、クラッド7を通じて、および特にコア5またはファイバ間で成長および/または伝搬し得る、またはさらにはガラス部材9またはマルチファイバライトガイド1全体を通じて横切って伝搬し得るクラックを防ぐか、または少なくとも低減することができる。さらに、コア5とクラッド7との異なるレベルの圧縮応力および/またはガラスの組成に起因して、クラックの伝搬はそれらの界面で妨げられ得る。一般に、ガラス部材を塩浴中に完全に浸漬することによってイオン交換層13が生成される場合、ガラス部材9の表面全体でイオン交換が生じる。従って、ガラス部材9の連続的な横方向の圧縮を達成できる。さらに、表面またはイオン交換層13で、コア5とクラッド7との間での交差拡散が可能である。これは深さ圧縮における勾配をもたらすことができ、それはより深いガラスの領域から面(10、11)へと増加し得る。従って、好ましくは、面(10、11)での深さ圧縮は、より深いガラスの領域におけるよりも強い。典型的には、好ましい実施態様によれば、イオン交換層13はまた、2つの突き合わせ面10、11の間をつなぎ且つそこに延在する外周の表面またはシェル17に沿って延在する。 Thus, the desired optical properties of the core 5 can be reduced during the ion exchange process and because the effects on the optical properties due to the ion exchange, e.g. stress birefringence of the core 5 glass, are very low or even absent. It can be retained after ion exchange. Simultaneously with compressive stress, at least enhanced mechanical stability can be imparted to the cladding. In this way, cracks that may grow and/or propagate through the cladding 7 and particularly between the cores 5 or fibers, or even across the entire glass member 9 or multi-fiber light guide 1, are prevented or at least can be reduced. Furthermore, due to different levels of compressive stress and/or glass composition in core 5 and cladding 7, crack propagation may be impeded at their interface. In general, ion exchange occurs across the surface of the glass member 9 when the ion exchange layer 13 is produced by completely immersing the glass member in a salt bath. A continuous lateral compression of the glass member 9 can thus be achieved. Furthermore, cross-diffusion between the core 5 and the cladding 7 is possible at the surface or ion exchange layer 13 . This can result in a gradient in depth compression, which can increase from deeper glass regions to planes (10, 11). Therefore, preferably the depth compression at the planes (10, 11) is stronger than in the deeper regions of the glass. Typically, according to the preferred embodiment, the ion exchange layer 13 also extends along a peripheral surface or shell 17 that connects and extends between the two abutting surfaces 10,11.

図2はマルチファイバライトガイド1の突き合わせ面10、11の写真画像を示す。一般に、図2の例におけるように、コア5は六角形の断面を有し得る。さらに、一般に且つコア5の断面形状に限定されることなく、コア5を六角形のパターンに配置することができる。それらの特徴はいくつかの点で有利であることができる。ピクセルディスプレイの画像が一方の突き合わせ面から対向する面へと転送される場合、六角形のパターンは、光が出てくる突き合わせ面でのモアレパターンの回避を助けることができる。さらに、コア5とクラッドとの間の界面のハニカム状構造は機械的安定性を高めることができる。 FIG. 2 shows a photographic image of the mating surfaces 10, 11 of the multi-fiber light guide 1. FIG. Generally, core 5 may have a hexagonal cross-section, as in the example of FIG. Further, generally and without limitation to the cross-sectional shape of the cores 5, the cores 5 can be arranged in a hexagonal pattern. Those features can be advantageous in several respects. If the image of the pixel display is transferred from one mating surface to the opposing surface, the hexagonal pattern can help avoid moire patterns at the mating surface from which the light emerges. Furthermore, the honeycomb-like structure of the interface between the core 5 and the cladding can enhance mechanical stability.

図2の例においても実現されるさらなる実施態様によれば、クラッド7のガラスは少なくとも部分的に光吸収性であることができる。これは一般に、ファイバ3の間のクロストークまたは光の浸み出しを低減するために有利である。図2の実施態様においても実現される1つの実施態様によれば、クラッド7のガラスはブラックガラスである。しかしながら、着色ガラスの場合のように、ガラスは部分的に吸収性であってもよい。この場合、ガラスはスペクトル依存性およびスペクトルにより変化する吸収を有する。例えば、ガラスは茶色、赤色または紫色であってよい。 According to a further embodiment, which is also realized in the example of FIG. 2, the glass of the cladding 7 can be at least partially light absorbing. This is generally advantageous for reducing crosstalk or light seepage between fibers 3 . According to one embodiment, which is also realized in the embodiment of FIG. 2, the glass of the cladding 7 is black glass. However, the glass may be partially absorbent, as is the case with colored glass. In this case, the glass has a spectrally dependent and spectrally varying absorption. For example, the glass may be brown, red or purple.

ファイバ3の間のクロストークを低減する他の方法は、ガラス部材9内にさらなる吸収ファイバを備えることであり、それは導光ファイバのコア5の間に配置される。それらの実施態様の2つの例を図3および4に示す。図3は、個々の導光ファイバ3と、前記導光ファイバ3の間の隙間に配置される光吸収ファイバ15との積み重ねを示す。積み重ねのファイバ3、15は一緒に融着されて堅いロッドを形成できる。次いで、ロッドから所望の寸法の部分を切断することによって、マルチファイバライトガイド1を製造できる。 Another way to reduce crosstalk between fibers 3 is to provide additional absorbing fibers within the glass member 9, which are placed between the cores 5 of the guiding fibers. Two examples of those embodiments are shown in FIGS. FIG. 3 shows a stack of individual light guiding fibers 3 and light absorbing fibers 15 arranged in the gaps between said light guiding fibers 3 . The stack of fibers 3, 15 can be fused together to form a rigid rod. A multi-fiber light guide 1 can then be manufactured by cutting a section of desired dimensions from the rod.

図4は、ファイバが一緒に融着されて堅い連続したガラス部材9を形成するマルチファイバライトガイド1の例を示す。この例において、コア5は正方形のパターンで配置されている。4つのコア5の2つおきの交点に、光吸収ファイバ15が配置されている。コア5と光吸収ファイバ15との両方がクラッド7によって取り囲まれている。堅いガラス部材9内の追加的な光吸収ファイバ15は、壁外吸収をもたらして、クロストークを低減するか、またはマルチファイバライトガイド1を斜めに通過する光を遮断する。 FIG. 4 shows an example of a multi-fiber light guide 1 in which the fibers are fused together to form a rigid continuous glass member 9 . In this example the cores 5 are arranged in a square pattern. Light-absorbing fibers 15 are arranged at every two intersections of the four cores 5 . Both core 5 and light absorbing fiber 15 are surrounded by cladding 7 . Additional light-absorbing fibers 15 within the rigid glass member 9 provide extra-wall absorption to reduce crosstalk or block light passing diagonally through the multi-fiber light guide 1 .

この例において、マルチファイバライトガイド1は、3つの異なるガラス、つまり、コア5のガラス、クラッド7のガラス、および光吸収ファイバ15のガラスを含む。光吸収ファイバ15のガラスは他のガラスの1つと同様であってよいが、光を吸収する色素または染料、例えば着色イオンを含む。 In this example, the multi-fiber light guide 1 comprises three different glasses: the glass of the core 5 , the glass of the cladding 7 and the glass of the light absorbing fiber 15 . The glass of the light-absorbing fiber 15 may be similar to one of the other glasses, but contains pigments or dyes, such as colored ions, that absorb light.

図5はマルチファイバライトガイド1のさらなる実施態様を示す。このライトガイドは、ファイバ3の中央の配置の周りに延在する周囲のシェル17を含む。特に、このシェル17もガラス製であり、シェル17がライトガイド1のガラス部材9の一体化した部分を形成する場合が有利である。従って、ガラス部材9はガラスシェル17を含み、それが束ねられたファイバ3、またはコア5が埋め込まれているクラッド7をそれぞれ取り囲む。このように、シェルは突き合わせ面10、11の外周部分も形成する。 FIG. 5 shows a further embodiment of the multi-fiber light guide 1. FIG. This light guide comprises a peripheral shell 17 extending around a central arrangement of fibers 3 . In particular, it is advantageous if this shell 17 is also made of glass and forms an integral part of the glass member 9 of the light guide 1 . The glass member 9 thus comprises a glass shell 17 which surrounds the bundled fibers 3 or the cladding 7 in which the core 5 is embedded, respectively. Thus, the shell also forms the perimeter of the abutment surfaces 10,11.

1つの改良態様によれば、このシェル17のガラス、特にシェル17のガラスの組成、好ましくはシェル17のアルカリ含有率は、コア5およびクラッド7のガラス、ガラスの組成および/またはアルカリ含有率とは異なり得る。従って、この実施態様において、ガラス部材9は3つの異なるガラス、つまり、コア5のガラス、クラッド7のガラスおよびシェル17のガラスを含む。さらに、ガラスシェル17が、コア5およびクラッド7のように化学強化されて、イオン交換によって突き合わせ面10、11でイオン交換層13が形成されることができ、それが好ましくは、ガラス部材9またはマルチファイバライトガイド1の表面全体にわたって、特に突き合わせ面10、11の全体にわたって連続的に延在する場合が有利である。 According to a refinement, the glass of this shell 17, in particular the composition of the glass of the shell 17, preferably the alkali content of the shell 17, is similar to the glass, composition and/or alkali content of the core 5 and the cladding 7. can be different. Thus, in this embodiment, the glass member 9 comprises three different glasses: the core 5 glass, the cladding 7 glass and the shell 17 glass. Furthermore, the glass shell 17 can be chemically strengthened like the core 5 and the cladding 7 to form an ion exchange layer 13 at the abutment surfaces 10, 11 by ion exchange, which preferably comprises the glass member 9 or It is advantageous if it extends continuously over the entire surface of the multi-fiber light guide 1, in particular over the abutment surfaces 10,11.

ガラス部材9またはマルチファイバライトガイド1の少なくとも横方向の機械的強度を改善するために、有利には、シェル17の幅はクラッド7の幅、特にコア5の間のクラッド7の幅よりも大きい。シェルの好ましい幅は、ガラス部材9またはマルチファイバライトガイド1の外径全体の1%よりも大きく、好ましくは2%よりも大きく、好ましくは4%よりも大きく、且つ/またはガラス部材9またはマルチファイバライトガイド1の外径全体の10%よりも小さく、好ましくは8%よりも小さく、好ましくは6%よりも小さい。研磨されたガラス部材9の場合などのいくつかの特別な場合において、シェル17の幅は、ガラス部材9の外径の1%未満であることができる。 Advantageously, the width of the shell 17 is greater than the width of the cladding 7, in particular the width of the cladding 7 between the cores 5, in order to improve the mechanical strength of the glass member 9 or the multi-fiber light guide 1 at least in the lateral direction. . The preferred width of the shell is greater than 1%, preferably greater than 2%, preferably greater than 4% of the overall outer diameter of the glass member 9 or multi-fiber light guide 1 and/or the glass member 9 or multi-fiber light guide 1. less than 10%, preferably less than 8%, preferably less than 6% of the total outer diameter of the fiber light guide 1; In some special cases, such as in the case of polished glass member 9 , the width of shell 17 can be less than 1% of the outer diameter of glass member 9 .

フェースプレートの形態でのマルチファイバライトガイドの改善された機械的強度を、球落下試験で調査した。化学強化されたフェースプレートのフェースプレート試料を、化学強化されていないフェースプレートと比較した。全ての試料は約13mmの直径を有した。試料を鋼板上に制振材なしで配置した。鋼球を試料の上に垂直に落下させた。試料が破壊するまで鋼球の重量を増加させて試験を繰り返した。結果を下記の表に示す:

Figure 2023523357000002
The improved mechanical strength of multi-fiber light guides in the form of faceplates was investigated with a ball drop test. Faceplate samples of chemically strengthened faceplates were compared to faceplates that were not chemically strengthened. All samples had a diameter of approximately 13 mm. The sample was placed on a steel plate without a damping material. A steel ball was dropped vertically onto the sample. The test was repeated with increasing weight of the steel ball until the sample failed. Results are shown in the table below:
Figure 2023523357000002

上記の表から明らかなとおり、衝撃またはショックに対する機械的強度は、化学強化によって著しく増加される。化学強化された試料のほぼ80%が1gの球落下試験に耐える一方で、強化されていない試料の半分より多くは重量1gで既に破壊される。 As is evident from the table above, the mechanical strength against impact or shock is significantly increased by chemical strengthening. Nearly 80% of the chemically strengthened samples survive the 1 g ball drop test, while more than half of the unreinforced samples already break at 1 g weight.

さらに、化学強化のためのイオン交換は、マルチファイバライトガイドの光学特性に悪影響も及ぼさない。 Moreover, ion exchange for chemical strengthening does not adversely affect the optical properties of the multi-fiber light guide.

図6は強化されていないライトガイドに比した、化学強化されたライトガイドの透過率のグラフを示す。比較のために、マルチファイバライトガイドの透過率を強化前に測定した。次いで、ライトガイドを20時間のイオン交換に供した。このイオン交換手順および化学強化後、透過率の測定を繰り返した。それぞれ、曲線(b)はイオン交換前の透過率であり、曲線(a)はイオン交換工程または化学強化後の透過率を表す。曲線から理解されるとおり、透過率はほぼ影響されないままである。意外にも、透過率はイオン交換後にわずかに高くさえあり、これはイオン交換層13における屈折率の変化に起因し得る。 FIG. 6 shows a graph of the transmittance of a chemically enhanced light guide compared to an unenhanced light guide. For comparison, the transmittance of the multi-fiber light guide was measured before enhancement. The light guide was then subjected to ion exchange for 20 hours. After this ion exchange procedure and chemical strengthening, the permeability measurements were repeated. Curve (b) represents the permeability before ion exchange and curve (a) represents the permeability after the ion exchange step or chemical strengthening, respectively. As can be seen from the curves, the transmittance remains largely unaffected. Surprisingly, the transmittance is even slightly higher after ion exchange, which can be attributed to the change in refractive index in the ion exchange layer 13 .

この開示によるマルチファイバライトガイド1は光学センサ用の窓として特に適している。従って、1つの実施態様によれば、センサ要素、例えばフォトダイオードを含み、前記センサ要素が、この開示によるマルチファイバライトガイドを含むハウジング内に入れられている光学センサ構造体が提供される。マルチファイバライトガイドは、光をハウジングの外側からセンサ要素に導くように配置される。窓としてマルチファイバライトガイドを使用するために、センサ構造体が、そのセンサによって検知されるべき物体を調べ且つ照射するための光源も含む場合がさらに特に有利である。この場合、ライトガイドは、窓の外側の突き合わせ面での内部反射に起因する、光源からセンサへの直接的な信号の経路を効果的に抑制できる。この抑制により、光源とセンサとの両方のために、単一の共通の窓を使用することが可能になる。従って、この実施態様の改良態様において、センサ構造体は、光源、好ましくは半導体光源、例えば発光ダイオード(LED)またはレーザーダイオード(LD)をハウジング内に含み、そこで、光源およびセンサ要素は、マルチファイバライトガイドに対して、光源がマルチファイバライトガイドを通じて光を放出し、且つセンサ要素が同じマルチファイバライトガイドを通じて光を受け取るように配置されている。 The multi-fiber light guide 1 according to this disclosure is particularly suitable as a window for optical sensors. Thus, according to one embodiment there is provided an optical sensor structure comprising a sensor element, eg a photodiode, said sensor element encased in a housing comprising a multi-fiber light guide according to this disclosure. A multi-fiber light guide is arranged to direct light from outside the housing to the sensor element. In order to use a multi-fiber light guide as a window it is further particularly advantageous if the sensor structure also contains a light source for interrogating and illuminating the object to be detected by the sensor. In this case, the light guide can effectively suppress the direct signal path from the light source to the sensor due to internal reflections at the outer abutment surfaces of the window. This suppression allows the use of a single common window for both the light source and the sensor. Therefore, in a refinement of this embodiment, the sensor structure comprises a light source, preferably a semiconductor light source, such as a light emitting diode (LED) or a laser diode (LD), in a housing, wherein the light source and sensor element are multi-fiber The light guides are arranged such that the light source emits light through the multi-fiber light guide and the sensor element receives light through the same multi-fiber light guide.

図7は、マルチファイバライトガイド1を備えたそのようなセンサ構造体を示す。センサ構造体はハウジング22を含む。好ましくはフェースプレートの形態でのマルチファイバライトガイド1がハウジング22の一部を形成して、光がハウジング内部に透過されることができ、逆もまた然りである。センサ構造体20は、センサ要素24を含む。好ましい実施態様において、光源26も含まれる。センサ要素24および光源26は、マルチファイバライトガイド1に面する共通のプリント回路板28上に載置される。示されるとおり、光学センサ構造体20は、1つより多くの光源26も含み得る。示される例において、センサ要素22は2つの光源26間に配置される。 FIG. 7 shows such a sensor structure with a multi-fiber light guide 1. FIG. The sensor structure includes housing 22 . A multi-fiber light guide 1, preferably in the form of a faceplate, forms part of the housing 22 so that light can be transmitted inside the housing and vice versa. Sensor structure 20 includes sensor element 24 . A light source 26 is also included in the preferred embodiment. Sensor element 24 and light source 26 are mounted on a common printed circuit board 28 facing multi-fiber light guide 1 . As shown, optical sensor structure 20 may also include more than one light source 26 . In the example shown, sensor element 22 is positioned between two light sources 26 .

センサ要素24と光源26とのための窓としてのフェースプレートの作用を説明するために、2つの光線30、31を図示する。光線31は、ハウジング22内の窓が単純な透明のプレートである場合に可能な経路である。このように、光線31は窓の外側の面で反射されることができ、次いで、外部の相互作用域32内での相互作用はなく直接的にセンサ要素24上に当たることができる。代わりに、マルチファイバライトガイド1を窓として使用する場合、光線31はライトガイドファイバ3内で外側の突き合わせ面に導かれる。光線が外側の面で反射される場合であっても、それはファイバ3内で導かれて戻り、従ってセンサ部材に到達することができる。このように、望ましくないバックグラウンド信号が最小化される。センサ構造体22から放出された後、光線は外部の相互作用域32と相互作用し、ライトガイド1を通じてハウジング22に再度入り、最終的にセンサ部材24に到達することができる。 To illustrate the action of the faceplate as a window for sensor element 24 and light source 26, two rays 30, 31 are shown. Ray 31 is a possible path if the window in housing 22 is a simple transparent plate. Thus, the light ray 31 can be reflected by the outer surface of the window and then directly impinge on the sensor element 24 without interaction within the external interaction area 32 . Alternatively, if the multi-fiber light guide 1 is used as a window, the light rays 31 are directed within the light guide fibers 3 to the outer butting surfaces. Even if the light ray is reflected on the outer surface, it can be guided back within the fiber 3 and thus reach the sensor member. In this way unwanted background signals are minimized. After being emitted from the sensor structure 22 , the light rays interact with the external interaction area 32 and can re-enter the housing 22 through the light guide 1 and finally reach the sensor member 24 .

光線30によって引き起こされるバックグラウンドノイズを回避するために、光源26とセンサ要素24とのために別途の窓を使用する必要があることもある。対照的に、マルチファイバライトガイドでは、充分に大きな直径を有する単独の窓で充分であり、同じ領域内でより高いセンサおよび/または光源の密度が可能になる。これは、光学センシングに関してより高い集積をもたらす。 It may be necessary to use separate windows for light source 26 and sensor element 24 to avoid background noise caused by light beam 30 . In contrast, in multi-fiber light guides, a single window with a sufficiently large diameter is sufficient, allowing higher sensor and/or light source densities within the same area. This provides higher integration for optical sensing.

一般に、センサ構造体20の1つの好ましい実施態様は、光学式心拍数モニタである。さらに、センサ構造体20は、ウェアラブル機器、例えばスマートウォッチであってよい。例えば光学式心拍数モニタを備えた腕時計の形態でのウェアラブル機器の場合、ハウジングは典型的には窓またはフェースプレートと共にそれぞれ身体に固定され、肌と接触する。ウェアラブル機器は、例えばその機器が取り外されて硬質表面に置かれる場合、特に衝撃を受けやすい。しかしながら、化学強化された突き合わせ面のおかげで、衝撃の応力に起因する破壊、または少なくとも外側の表面の欠けの可能性は少なくなる。この開示による、ガラス部材9を備えたマルチファイバライトガイドは、ウェアラブル機器のために頻繁に使用されるプラスチックの窓に比して著しく耐久性もある。それらのプラスチック窓は経時的に劣化し、且つ防水性、耐久性および審美性に関して性能の問題を有する。 In general, one preferred implementation of sensor structure 20 is an optical heart rate monitor. Additionally, the sensor structure 20 may be a wearable device, such as a smartwatch. For wearable devices, for example in the form of wristwatches with optical heart rate monitors, the housings are typically secured to the body with a window or faceplate, respectively, and come into contact with the skin. Wearable devices are particularly susceptible to shock, for example when the device is removed and placed on a hard surface. However, thanks to the chemically strengthened abutment surfaces, the likelihood of fracture, or at least chipping of the outer surface, due to the stress of impact is reduced. A multi-fiber light guide with a glass member 9 according to this disclosure is also significantly more durable than the plastic windows frequently used for wearable devices. These plastic windows degrade over time and have performance issues with respect to waterproofness, durability and aesthetics.

上述の例において、マルチファイバライトガイド1はプレート状に成形されている。しかしながら、ガラス部材9の最長の横寸法よりも長い導光ファイバ3の長さを有する細長いライトガイドの使用も考えられる。1つの例は歯科用ロッドである。それらのロッドは光を治療域に導いて、例えば歯科治療用の光重合性充填剤を硬化させるために使用される。 In the above example, the multi-fiber light guide 1 is shaped like a plate. However, it is also conceivable to use an elongated light guide with a length of the guiding fiber 3 longer than the longest lateral dimension of the glass member 9 . One example is a dental rod. These rods are used to direct light into the treatment area and cure photopolymerizable fillers for dental treatments, for example.

マルチファイバライトガイド1のさらなる実施態様としての歯科用ロッド35を図8に示す。歯科用ロッド35は、導光ファイバ3の長さがガラス部材9の最長の横寸法よりも長い、細長いライトガイドとして成形される。図において、単一の導光ファイバ3が、導光ファイバの配向および配置を説明するために斜線として描かれる。マルチファイバライトガイド1の突き合わせ面10、11だけでなく、シェル17も化学強化されており、ガラス部材9は衝撃のショックに耐えるように安定化されている。例えば強化は、歯科用ロッドを備えた器具が不用意に落とされた場合に破壊を回避することを助けることができる。 A dental rod 35 as a further embodiment of the multi-fiber light guide 1 is shown in FIG. Dental rod 35 is shaped as an elongated light guide in which the length of guiding fiber 3 is longer than the longest lateral dimension of glass member 9 . In the figure, a single guiding fiber 3 is drawn as a diagonal line to illustrate the orientation and placement of the guiding fiber. The shell 17 as well as the mating surfaces 10, 11 of the multi-fiber light guide 1 are chemically strengthened and the glass member 9 is stabilized to withstand impact shock. For example, reinforcement can help avoid breakage if the dental rod-equipped instrument is accidentally dropped.

さらに、図8の実施態様は、マルチファイバライトガイド1のさらなる改良態様の例である。第1の改良態様によれば、2つの突き合わせ面10、11はそれらの断面において異なり得る。この違いは、突き合わせ面10、11の表面積および形状または輪郭の少なくとも1つを含み得る。前記の例において、断面の表面積は、突き合わせ面11の表面積が対向する突き合わせ面10の表面積よりも小さいことで異なる。従って、マルチファイバライトガイド1は、描かれた例においても実現されるように、先細りであり得る。 Furthermore, the embodiment of FIG. 8 is an example of a further refinement of the multi-fiber light guide 1 . According to a first refinement, the two abutment surfaces 10, 11 can differ in their cross section. This difference may include at least one of the surface area and shape or contour of the mating surfaces 10,11. In the above examples, the cross-sectional surface areas differ in that the surface area of the abutment surface 11 is smaller than the surface area of the opposing abutment surface 10 . The multi-fiber light guide 1 can therefore be tapered, as is also realized in the example depicted.

さらに、一般にはマルチファイバライトガイド1は少なくとも1つの曲がりを含み得る。上述の特徴はプレート状のマルチファイバライトガイドを用いて実現できるが、一般には、細長いライトガイド1についてより効果的である。ガラス部材9の曲がりと先細りとの両方を熱間成形によって作ることができる。先細りはガラス部材を加熱して、軸方向に引っ張ることによって生成される。このように、ファイバ3の数は一定のままである。しかしながら、ファイバの直径は先細りに沿って減少する。 Furthermore, in general the multi-fiber light guide 1 may contain at least one bend. Although the above features can be realized with plate-like multi-fiber light guides, they are generally more effective with elongated light guides 1 . Both the bending and the taper of the glass member 9 can be produced by hot forming. The taper is produced by heating the glass member and pulling it axially. Thus, the number of fibers 3 remains constant. However, the fiber diameter decreases along the taper.

本願内で議論されるライトガイド1の様々な形状とは関係なく、マルチファイバライトガイドを適切なプリフォームから出発する延伸工程を使用して製造することができる。延伸を繰り返すことにより、ファイバの直径が連続的に減少して小さな、特に微視的な横寸法を有するファイバが得られる。 Irrespective of the various shapes of light guide 1 discussed within this application, multi-fiber light guides can be manufactured using a drawing process starting from a suitable preform. Repeated drawing results in a continuous reduction in fiber diameter resulting in fibers having small, especially microscopic, lateral dimensions.

具体的には、マルチファイバライトガイド1を、図9~図12を用いても説明される以下の段階を含む方法で製造できる:
・ 第1のガラスの少なくとも1つのロッド41と、第1のガラスよりも低い屈折率を有する第2のガラスの少なくとも1つのガラス部材43とを有するプリフォーム40を準備し、プリフォーム40を、ロッド41が前記第2のガラスによって取り囲まれるように組み立てる段階、
・ プリフォームを加熱し、ロッド41を少なくとも1つのガラス部材43に融着する段階、および
・ プリフォーム40を延伸して、その長さを増加し且つロッド41の横寸法を減少させる段階、
・ 延伸されたプリフォーム40を部分47に切断する段階、および
・ 前記部分を組み立てて、さらなるプリフォーム40を形成する段階、ここで、部分47を新たなプリフォームに組み立てる段階、新たなプリフォームを延伸する段階、および延伸されたプリフォーム40を部分47に切断する段階を、好ましくは少なくとも1回繰り返す、
・ プリフォーム40から部分47を切断して、第2のガラスのクラッドによって取り囲まれた第1のガラスのコアを有する多数の導光ファイバ3を含む本願内に記載されるガラス部材9を得る段階、
・ アルカリイオンを含有する塩浴50中に前記ガラス部材を浸漬して、ガラス部材9のガラス中のアルカリイオンとのイオン交換を行って、ガラスに圧縮応力をかけるイオン交換層13をガラス部材表面で形成する段階。
Specifically, the multi-fiber light guide 1 can be manufactured by a method comprising the following steps, which are also explained using FIGS. 9-12:
- providing a preform 40 having at least one rod 41 of a first glass and at least one glass member 43 of a second glass having a lower refractive index than the first glass, the preform 40 comprising: assembling such that the rod 41 is surrounded by said second glass;
- heating the preform to fuse the rods 41 to at least one glass member 43; and - stretching the preform 40 to increase its length and decrease the lateral dimensions of the rods 41;
- cutting the stretched preform 40 into portions 47; and - assembling said portions to form a further preform 40, where the portion 47 is assembled into a new preform, the new preform. and cutting the drawn preform 40 into portions 47, preferably at least once.
- cutting a portion 47 from the preform 40 to obtain a glass member 9 as described herein comprising a number of light guiding fibers 3 having a core of the first glass surrounded by a cladding of the second glass; ,
The glass member is immersed in a salt bath 50 containing alkali ions to exchange ions with the alkali ions in the glass of the glass member 9, and the ion exchange layer 13 that applies compressive stress to the glass is formed on the surface of the glass member. Forming stage.

好ましくは、第1のガラス、特に所望のコア5のガラスの熱膨張係数(CTE)は、第2のガラス、特にクラッド7の所望のガラスのCTEとは異なる。不整合、特にさらなる段階の間の引張応力を防ぐために、第1のガラス、特に所望のコア5のガラスのCTEは、第2のガラス、特にクラッド7の所望のガラスのCTEよりも小さい。有利には、特に少なくともわずかな圧縮を生成するために、第1のガラス、特に所望のコア5のガラスのCTEは、第2のガラス、特にクラッド7の所望のガラスのCTEよりも大きい。第1のガラスのCTEと第2のガラスのCTEとの差は、CTE(クラッド/コア)=CTE第2のガラス-CTE第1のガラスの差として特定される。この仕様によれば、+3.5ppm/K~-1ppm/KのCTE(クラッド/コア)の差が好ましい。正の値はクラッド7のガラスの圧縮をもたらす一方で、負の値はクラッド7のガラスの伸長性の増加をもたらす。 Preferably, the coefficient of thermal expansion (CTE) of the first glass, in particular the desired core 5 glass, is different from the CTE of the second glass, in particular the desired cladding 7 glass. The CTE of the first glass, in particular the desired core 5 glass, is smaller than the CTE of the second glass, in particular the desired cladding 7 glass, in order to prevent mismatches, especially tensile stresses during further stages. Advantageously, the CTE of the first glass, in particular the desired core 5 glass, is greater than the CTE of the second glass, in particular the desired cladding 7 glass, in particular to generate at least a slight compression. The difference between the CTE of the first glass and the CTE of the second glass is specified as CTE (cladding/core) =CTE second glass -CTE first glass difference. According to this specification, a CTE (cladding/core) difference of +3.5 ppm/K to -1 ppm/K is preferred. A positive value results in compression of the cladding 7 glass, while a negative value results in an increase in the extensibility of the cladding 7 glass.

充分な圧縮を達成するために、3ppm/K未満のCTE(クラッド/コア)の差が好ましい。ガラス部材9がシェル17を含む場合、不整合、特に引張応力を防ぐために、クラッド7のガラスのCTEがシェル17のガラスのCTEよりも小さいことが好ましい。有利には、特に少なくともわずかな圧縮を生成するために、シェル17のガラスのCTEは、クラッド7のガラスのCTEよりも大きい。従って、シェル17のガラスのCTEは、クラッド7のガラスのCTEとは異なる。シェルのガラスのCTEとクラッドのガラスのCTEとの差は、CTE(シェル/クラッド)=CTEシェル17のガラス-CTEクラッド7のガラスの差として特定される。この仕様によれば、+5ppm/K~-1ppm/KのCTE(シェル/コア)の差が好ましい。正の値はクラッド7上でのシェル17のガラスの圧縮をもたらす一方で、負の値はシェル17のガラスの伸長性の増加をもたらす。 A CTE (cladding/core) difference of less than 3 ppm/K is preferred to achieve sufficient compression. If the glass member 9 includes a shell 17, it is preferred that the CTE of the glass of the cladding 7 be less than the CTE of the glass of the shell 17 to prevent mismatch, especially tensile stresses. Advantageously, the CTE of the glass of the shell 17 is greater than the CTE of the glass of the cladding 7, especially in order to generate at least a slight compression. Therefore, the CTE of the shell 17 glass is different from the CTE of the cladding 7 glass. The difference between the CTE of the shell glass and the CTE of the cladding glass is specified as CTE (shell/cladding) =CTE shell 17 glass -CTE cladding 7 glass difference. According to this specification, a CTE (shell/core) difference of +5 ppm/K to -1 ppm/K is preferred. A positive value results in compression of the shell 17 glass on the cladding 7 while a negative value results in an increase in extensibility of the shell 17 glass.

図9はプリフォーム40を断面図で示す。ガラス部材43は、中に貫通孔を有し、その中にロッド41が挿入されている単一の部材であることができる。代替的に、ロッド41の間に配置され且つロッド41の外向きの側を覆う多数のガラス部材43を使用できる。 FIG. 9 shows the preform 40 in cross-section. The glass member 43 can be a single member having a through hole therein into which the rod 41 is inserted. Alternatively, multiple glass members 43 positioned between the rods 41 and covering the outward facing sides of the rods 41 can be used.

ロッド41は1つ以上のガラス部材43に融着され、プリフォーム40が延伸されてその長さが増加し且つロッド41の横寸法が減少する。融着は特に延伸段階によって行われることができ、それもガラスを軟化させるための加熱を必要とする。図10は延伸されたプリフォームを示す。プリフォーム40の端部45は元の横寸法をまだ有しており、なぜなら、延伸する力をかけるために、プリフォームはその端部で把持されるからである。次いで、延伸された部分を、部分47へと切断する。それらの部分を一緒にして、図11に示すようにさらなるプリフォーム40を形成する。プリフォーム40を組み立てて延伸する段階、延伸されたプリフォーム40を部分47に切断する段階を、所望のファイバ寸法に達するまで繰り返すことができる。次いで、部分47を、延伸されたプリフォームから切断し、それが上述のようなガラス部材9である。部分47は薄片であってよく、それが図1または7に例示的に示されるようなフェースプレートを形成するか、または図8の例のように延伸され得る。最後に、図12に示されるとおり、ガラス部材9を容器51内の塩浴50中に浸漬する。ナトリウム含有ガラスを用いたガラス部材を強化するために適しているのは、溶融された硝酸カリウムを含む溶融塩浴である。 Rod 41 is fused to one or more glass members 43 to stretch preform 40 to increase its length and decrease the lateral dimension of rod 41 . Fusing can in particular be done by a drawing step, which also requires heating to soften the glass. FIG. 10 shows the stretched preform. The ends 45 of the preform 40 still have their original lateral dimensions because the preform is gripped at its ends to apply the stretching force. The stretched portion is then cut into portions 47 . The parts are brought together to form a further preform 40 as shown in FIG. The steps of assembling and drawing the preform 40 and cutting the drawn preform 40 into portions 47 can be repeated until the desired fiber dimensions are reached. A portion 47 is then cut from the drawn preform, which is the glass member 9 as described above. Portion 47 may be a lamina, which forms a faceplate as exemplarily shown in FIGS. 1 or 7, or may be stretched as in the example of FIG. Finally, the glass member 9 is immersed in a salt bath 50 within a container 51, as shown in FIG. Suitable for strengthening glass members with sodium-containing glasses is a molten salt bath containing molten potassium nitrate.

前記方法の変法によれば、化学強化前にマルチファイバライトガイド1をさらに加工できる。特に、マルチファイバライトガイド1をソケット中に固着するかまたは載置して、ソケット内に固定されたマルチファイバライトガイド1を有する組立品が得られる。固着後、マルチファイバライトガイド1とソケットとを有する組立品をアルカリイオン交換に供して化学強化する。ソケット53と、そこに固着されたマルチファイバライトガイド1を有する複合材55を図13に示す。当然、代替的な実施態様によれば、マルチファイバライトガイド1の化学強化を組立品の製造前に実施してもよい。ソケット53内に固着されている間にマルチファイバライトガイド1が化学的に強化される場合、ソケット53に固着され、従って覆われているマルチファイバライトガイドの部分において、イオン交換を抑制できる。逆に、アルカリ酸化物含分を有するガラスはんだを使用する場合、ガラスはんだがイオン交換工程に供され、ガラスはんだがイオン交換層を示すこともできる。従って、マルチファイバライトガイド1が化学強化の前または後にソケット53に固着されたかどうかを、組立品55から検証できる。 According to a variant of said method, the multi-fiber light guide 1 can be further processed before chemical strengthening. In particular, the multi-fiber light guide 1 is fixed or placed in the socket to obtain an assembly with the multi-fiber light guide 1 fixed in the socket. After bonding, the assembly with the multi-fiber light guide 1 and the socket is subjected to alkali ion exchange to chemically strengthen it. A composite 55 having a socket 53 and a multi-fiber light guide 1 secured thereto is shown in FIG. Of course, according to an alternative embodiment, chemical strengthening of the multi-fiber light guide 1 may be carried out before manufacturing the assembly. If the multi-fiber light guide 1 is chemically strengthened while being anchored in the socket 53, ion exchange can be suppressed in the part of the multi-fiber light guide that is anchored in the socket 53 and thus covered. Conversely, when using a glass solder with an alkali oxide content, the glass solder can also be subjected to an ion-exchange process and exhibit an ion-exchange layer. Therefore, it can be verified from the assembly 55 whether the multi-fiber light guide 1 is fixed to the socket 53 before or after chemical strengthening.

ソケット53は金属、好ましくはステンレス鋼、セラミックまたは他のガラスであってよい。1つの実施態様において、ソケット53は金属環である。しかしながら、ソケット53はハウジング部品、例えばウェアラブル電子機器用のハウジングのハウジング部品であってもよい。描かれる例においても実現されるさらなる実施態様によれば、マルチファイバライトガイド1がソケット53にはんだ付けされる。マルチファイバライトガイド1とソケット53との間のはんだ57は、ガラスはんだであってよい。 Socket 53 may be metal, preferably stainless steel, ceramic or other glass. In one embodiment, socket 53 is a metal ring. However, the socket 53 may also be a housing part, for example a housing part of a housing for a wearable electronic device. According to a further embodiment, which is also realized in the depicted example, the multi-fiber light guide 1 is soldered to the socket 53 . The solder 57 between the multi-fiber light guide 1 and the socket 53 may be glass solder.

1 マルチファイバライトガイド
3 ファイバ
5 ファイバ3のコア
7 クラッド
9 ガラス部材
10、11 ライトガイド1の突き合わせ面
12 ライトガイド1の側部
13 イオン交換層
15 吸収ファイバ
17 シェル
20 光学センサ構造体
22 光学センサ構造体20のハウジング
24 センサ要素
26 光源
28 プリント回路板
30、31 光線
32 相互作用域
35 歯科用ロッド
40 プリフォーム
41 ロッド
43 ガラス部材
45 40の端部
47 延伸されたプリフォーム40から切断された部分
50 塩浴
51 容器
53 ソケット
55 組立品
57 はんだ
REFERENCE SIGNS LIST 1 multi-fiber light guide 3 fiber 5 core of fiber 3 7 clad 9 glass member 10, 11 mating surface of light guide 1 12 side of light guide 1 13 ion exchange layer 15 absorbing fiber 17 shell 20 optical sensor structure 22 optical sensor Housing of structure 20 24 sensor element 26 light source 28 printed circuit board 30, 31 light beam 32 interaction area 35 dental rod 40 preform 41 rod 43 glass member 45 end of 40 47 cut from drawn preform 40 part 50 salt bath 51 container 53 socket 55 assembly 57 solder

Claims (15)

マルチファイバライトガイド(1)であって、
・ 多数の導光ファイバ(3)を含み、各々の前記ファイバ(3)は、
・ 細長いガラスコア(5)を含み、ここで、
・ 前記コア(5)はガラスクラッド(7)によって取り囲まれており、
・ 前記クラッド(7)は前記コア(5)と共に堅い連続したガラス部材(9)を形成し、且つ、
・ 前記コア(5)は前記クラッド(7)よりも高い屈折率を有して、光が前記ガラスコア(5)に沿った全反射によって導かれることができ、且つ前記マルチファイバライトガイド(1)の前記ガラス部材(9)は2つの突き合わせ面(10、11)を有し、前記コア(5)は両方の突き合わせ面(10、11)で終了しており、光が前記コア(5)に沿って一方の突き合わせ面(10)から他方の突き合わせ面(11)へと導かれることができ、且つ、
・ 前記コア(5)のガラスおよび前記クラッド(7)のガラスはアルカリイオンを含有し、且つ、
・ 前記ガラスのアルカリイオンは、各々の前記突き合わせ面(10、11)でのイオン交換層(13)内でより大きな原子番号のアルカリイオンによって少なくとも部分的に交換されており、前記イオン交換層(13)内の交換されたアルカリイオンが前記突き合わせ面(10、11)で圧縮応力を付与する、マルチファイバライトガイド(1)。
A multi-fiber light guide (1),
- comprising a number of light guiding fibers (3), each said fiber (3) comprising:
- comprising an elongated glass core (5), wherein:
- said core (5) is surrounded by a glass cladding (7),
- said cladding (7) forms a rigid continuous glass member (9) with said core (5), and
the core (5) has a higher refractive index than the cladding (7) so that light can be guided by total internal reflection along the glass core (5) and the multi-fiber light guide (1 ) has two abutting surfaces (10, 11) and the core (5) terminates on both abutting surfaces (10, 11) so that light can enter the core (5) can be guided from one abutment surface (10) to the other abutment surface (11) along
- the glass of the core (5) and the glass of the cladding (7) contain alkali ions, and
the alkali ions of said glass are at least partially exchanged by higher atomic number alkali ions in an ion exchange layer (13) at each said abutment surface (10, 11), said ion exchange layer ( A multi-fiber light guide (1), wherein exchanged alkali ions within 13) impart compressive stress at said abutment surfaces (10, 11).
前記マルチファイバライトガイド(1)が、少なくとも1つの以下の特徴:
・ 前記イオン交換層(13)が、前記2つの突き合わせ面(10、11)の間に延在する、前記ガラス部材(9)のシェル(12)沿いにも延在している、
・ 前記ガラスコア中のイオン交換層(13)の侵入深さは、前記ガラスクラッド中のイオン交換層(13)の侵入深さとは異なる、
・ 前記コア(5)の熱膨張係数(CTE)は、前記クラッド(7)のCTEとは異なる、
・ 前記シェル(17)のガラスのCTEは、前記クラッド(7)のガラスのCTEとは異なる、
を有する、請求項1に記載のマルチファイバライトガイド(1)。
The multi-fiber light guide (1) has at least one of the following characteristics:
- said ion exchange layer (13) also extends along a shell (12) of said glass member (9) extending between said two abutting surfaces (10, 11);
- the penetration depth of the ion-exchange layer (13) in the glass core is different from the penetration depth of the ion-exchange layer (13) in the glass cladding,
- the coefficient of thermal expansion (CTE) of the core (5) is different than the CTE of the cladding (7);
- the CTE of the shell (17) glass is different from the CTE of the cladding (7) glass,
A multi-fiber light guide (1) according to claim 1, comprising:
前記ガラス部材が、ディスクの最短の横寸法よりも小さいディスクの厚さを有するディスクであることを特徴とする、請求項1または2に記載のマルチファイバライトガイド(1)。 A multi-fiber light guide (1) according to claim 1 or 2, characterized in that said glass member is a disc having a disc thickness smaller than its shortest lateral dimension. 前記マルチファイバライトガイド(1)が細長い形状を有し、且つ前記導光ファイバ(3)の長さが前記ガラス部材(9)の最長の横寸法よりも大きい、請求項1または2に記載のマルチファイバライトガイド(1)。 3. A multi-fiber light guide (1) according to claim 1 or 2, wherein said multi-fiber light guide (1) has an elongated shape and the length of said light guiding fibers (3) is greater than the longest lateral dimension of said glass member (9). Multi-fiber light guide (1). 少なくとも1つの以下の特徴:
・ 前記突き合わせ面(10、11)が、それらの表面積において異なる、
・ 前記突き合わせ面(10、11)が、それらの形状において異なる、
・ 前記ガラス部材(9)が少なくとも1つの曲がりを含む、
を含む、請求項4に記載のマルチファイバライトガイド(1)。
At least one of the following characteristics:
- said abutting surfaces (10, 11) differ in their surface area,
- said abutment surfaces (10, 11) differ in their shape,
- said glass member (9) comprises at least one bend;
A multi-fiber light guide (1) according to claim 4, comprising:
少なくとも1つの以下の特徴:
・ 前記コア(5)が六角形のパターンに配置されている、
・ 前記クラッド(7)のガラスが光吸収性である、
・ 前記マルチファイバライトガイド(1)の前記ガラス部材(9)が光吸収ファイバ(15)を含む、
・ 隣接する導光ファイバ(3)の中心から中心までの距離が2μm~500μm、好ましくは最大200μmである
ことを特徴とする、請求項1から5までのいずれか1項に記載のマルチファイバライトガイド(1)。
At least one of the following characteristics:
- said cores (5) are arranged in a hexagonal pattern,
- the glass of said cladding (7) is light absorbing,
- said glass member (9) of said multi-fiber light guide (1) comprises a light absorbing fiber (15);
A multi-fiber light according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the center-to-center distance of adjacent light guiding fibers (3) is between 2 μm and 500 μm, preferably at most 200 μm. Guide (1).
前記ガラス部材(9)が、埋め込まれたコア(5)を有するクラッド(7)を取り囲むガラスシェル(17)を含む、請求項1から6までのいずれか1項に記載のマルチファイバライトガイド(1)。 A multi-fiber light guide according to any one of claims 1 to 6, wherein said glass member (9) comprises a glass shell (17) surrounding a cladding (7) with an embedded core (5). 1). ソケット(53)内に固着された、請求項1から7までのいずれか1項に記載のマルチファイバライトガイド(1)を含む組立品(53)。 An assembly (53) comprising a multi-fiber light guide (1) according to any one of claims 1 to 7, secured in a socket (53). 前記マルチファイバライトガイド(1)が、ソケット(53)に固着されている間に化学強化される、請求項1から8までのいずれか1項に記載の組立品。 An assembly according to any one of claims 1 to 8, wherein said multi-fiber light guide (1) is chemically strengthened while being fixed in a socket (53). センサ要素(24)を含む光学センサ構造体(20)であって、前記センサ要素(24)は、請求項1から7までのいずれか1項に記載のマルチファイバライトガイド(1)を含むハウジング(22)内に入れられて、前記ハウジング(22)の外側からの光を前記センサ要素(24)へと導く、前記光学センサ構造体(20)。 An optical sensor structure (20) comprising a sensor element (24), said sensor element (24) being a housing comprising a multi-fiber light guide (1) according to any one of claims 1 to 7. (22) said optical sensor structure (20) encased within to direct light from outside said housing (22) to said sensor element (24); 光源(26)、好ましくは半導体光源を前記ハウジング(22)内にさらに含み、そこで、前記光源(26)および前記センサ要素(24)は、前記マルチファイバライトガイド(1)に対して、前記光源(26)が前記マルチファイバライトガイドを通じて光を放出し、且つ前記センサ要素が同じマルチファイバライトガイドを通じて光を受け取るように配置されている、請求項10に記載の光学センサ構造体(20)。 A light source (26), preferably a semiconductor light source, is further included in said housing (22), wherein said light source (26) and said sensor element (24) are connected to said multi-fiber light guide (1). 11. The optical sensor structure (20) of claim 10, wherein (26) emits light through said multi-fiber light guide and said sensor element is arranged to receive light through the same multi-fiber light guide. 前記光学センサ構造体(20)が、光学式心拍数モニタである、請求項10または11に記載の光学センサ構造体(20)。 An optical sensor structure (20) according to claim 10 or 11, wherein said optical sensor structure (20) is an optical heart rate monitor. 前記光学センサ構造体(20)が、ウェアラブル機器である、請求項10から12までのいずれか1項に記載の光学センサ構造体(20)。 Optical sensor structure (20) according to any one of claims 10 to 12, wherein the optical sensor structure (20) is a wearable device. 請求項1から7までのいずれか1項に記載のマルチファイバライトガイド(1)の製造方法であって、
・ 第1のガラスの少なくとも1つのロッド(41)と、前記第1のガラスよりも低い屈折率を有する第2のガラスの少なくとも1つのガラス部材(43)とを有するプリフォーム(40)を準備し、前記プリフォーム(40)を、前記ロッド(41)が前記第2のガラスによって取り囲まれるように組み立てる段階、
・ 前記プリフォームを加熱し、前記ロッド(41)を前記少なくとも1つのガラス部材(43)に融着する段階、および
・ 前記プリフォーム(40)を延伸して、その長さを増加し且つ前記ロッド(41)の横寸法を減少させる段階、
・ 延伸されたプリフォーム(40)を部分(47)に切断する段階、および
・ 前記部分を組み立てて、さらなるプリフォーム(40)を形成する段階、ここで、前記部分(47)を新たなプリフォームに組み立てる段階、新たなプリフォーム(40)を延伸する段階、および延伸されたプリフォーム(40)を部分(47)に切断する段階を、好ましくは少なくとも1回繰り返す、
・ 前記プリフォーム(40)から部分(47)を切断して、第2のガラスのクラッド(7)によって取り囲まれた第1のガラスのコア(5)を有する多数の導光ファイバ(3)を含むガラス部材(9)を得る段階、
・ アルカリイオンを含有する塩浴(50)中に前記ガラス部材を浸漬して、前記ガラス部材(9)のガラス中のアルカリイオンとのイオン交換を行って、ガラスに圧縮応力をかけるイオン交換層(13)を前記ガラス部材(9)表面で形成する段階
を含む、前記方法。
A method for manufacturing a multi-fiber light guide (1) according to any one of claims 1 to 7,
- providing a preform (40) comprising at least one rod (41) of a first glass and at least one glass member (43) of a second glass having a lower refractive index than said first glass; and assembling said preform (40) such that said rod (41) is surrounded by said second glass;
- heating said preform to fuse said rod (41) to said at least one glass member (43); and - stretching said preform (40) to increase its length and said reducing the lateral dimension of the rod (41);
- cutting the stretched preform (40) into portions (47); repeating the steps of assembling into a form, stretching a new preform (40), and cutting the stretched preform (40) into portions (47), preferably at least once,
- cutting a portion (47) from said preform (40) to yield a number of light guiding fibers (3) having a first glass core (5) surrounded by a second glass cladding (7); obtaining a glass member (9) comprising
An ion-exchange layer in which the glass member is immersed in a salt bath (50) containing alkali ions to exchange ions with the alkali ions in the glass of the glass member (9) to apply compressive stress to the glass. forming (13) on the surface of said glass member (9).
前記マルチファイバライトガイド(1)がソケット(53)内に固着されており、前記マルチファイバライトガイド(1)と前記ソケットとを有する組立品(55)が固着後に化学強化される、請求項14に記載の方法。 15. The multi-fiber light guide (1) is fixed in a socket (53), and the assembly (55) comprising the multi-fiber light guide (1) and the socket is chemically strengthened after fixing. The method described in .
JP2022565941A 2020-04-30 2021-04-26 Multi-fiber light guide, device with multi-fiber light guide, and manufacturing method thereof Pending JP2023523357A (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20172235.2A EP3904306B1 (en) 2020-04-30 2020-04-30 Multi-fiber light guide, device with a multi-fiber light guide and method for producing the same
EP20172235.2 2020-04-30
PCT/EP2021/060852 WO2021219559A1 (en) 2020-04-30 2021-04-26 Multi-fiber light guide, device with a multi-fiber light guide and method for producing the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023523357A true JP2023523357A (en) 2023-06-02

Family

ID=70482277

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022565941A Pending JP2023523357A (en) 2020-04-30 2021-04-26 Multi-fiber light guide, device with multi-fiber light guide, and manufacturing method thereof

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20230067347A1 (en)
EP (1) EP3904306B1 (en)
JP (1) JP2023523357A (en)
CN (1) CN115551816B (en)
WO (1) WO2021219559A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117075261B (en) * 2023-09-28 2024-04-05 中建材光芯科技有限公司 Low-magnification high-strength optical fiber cone and preparation method and application thereof

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL6612387A (en) * 1966-09-02 1968-03-04
DE1901053B1 (en) * 1969-01-10 1970-06-04 Jenaer Glaswerk Schott & Gen Optical fiber and its method of manufacture
GB1289773A (en) * 1969-02-06 1972-09-20
HU220828B1 (en) * 1997-07-07 2002-05-28 Schmidt és Bender Hungária Kft. Method for manufacturing fibre-optic light guide and light guide made by the method
DE102004030661A1 (en) 2004-06-24 2006-01-26 Schott Ag Optical low-pass filter containing a number of light conducting optical fibers useful for digital camera sensors where fibers are black colored glass fibers
DE102006043947A1 (en) 2006-09-14 2008-04-03 Schott Ag Display device with fiber optic arrangement
JP5171569B2 (en) * 2008-11-19 2013-03-27 浜松ホトニクス株式会社 Fiber optic plate and manufacturing method thereof
US8789998B2 (en) * 2011-08-31 2014-07-29 Corning Incorporated Edge illumination of an ion-exchanged glass sheet
JPWO2014024658A1 (en) * 2012-08-08 2016-07-25 旭硝子株式会社 Glass waveguide and cover glass
CN105683108A (en) * 2013-08-27 2016-06-15 康宁股份有限公司 Damage resistant glass with high coefficient of thermal expansion
EP3162285B1 (en) * 2015-10-27 2021-12-08 Nokia Technologies Oy A sensor element
US11573450B1 (en) * 2020-09-23 2023-02-07 Apple Inc. Electronic devices with chemically strengthened coherent fiber bundles

Also Published As

Publication number Publication date
EP3904306A8 (en) 2022-05-25
EP3904306A1 (en) 2021-11-03
EP3904306B1 (en) 2023-06-07
WO2021219559A1 (en) 2021-11-04
CN115551816B (en) 2024-03-19
CN115551816A (en) 2022-12-30
US20230067347A1 (en) 2023-03-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3488483B2 (en) Optical fiber array for image transmission and waveguide image transmission array and processing method of its end face
KR20170018959A (en) Glasses having non-frangible stress profiles
US9575257B2 (en) Optical device, optical processing device, method for fabricating optical device
KR20090110820A (en) Fiber optic
US20170283305A1 (en) High index glass and devices incorporating such
WO2013129378A1 (en) Spr sensor cell, and spr sensor
US11307352B2 (en) Optical waveguide article with laminate structure and method for forming the same
US20230067347A1 (en) Multi-fiber light guide, device with a multi-fiber light guide and method for producing the same
KR20180020120A (en) Light guide plate
JP2006524845A (en) Collimator for multiple wavelength bands
JPS5937451B2 (en) Surface stress measuring device for chemically strengthened glass
EP2141524A1 (en) Optical axis converting element and method for manufacturing the same
JP3842553B2 (en) Optical components
US10101529B2 (en) Preparation and usage of optical waveguides
KR102029213B1 (en) Fabrication method of micro-fiber concave tip for radial wave propagation
EP1018657A1 (en) Refractive index distribution type optical element and refractive index distribution type rod lens array
JPS63110402A (en) Image fiber
JPWO2017209137A1 (en) Resin optical waveguide
WO2003065099A1 (en) Optical device and method of manufacturing the optical device
JP3918916B2 (en) Manufacturing method of optical fiber stub
CN116235091A (en) Quantum circuit, quantum computer, and method for manufacturing quantum circuit
JP2002311270A (en) Vertical transmission type optical waveguide and production method therefor
US20240126020A1 (en) Signal light transmission member
JP2005156947A (en) Optical circuit
JP2018036635A (en) Optical component, fiber array module, light-receiving module, and method for manufacturing optical component